本文選題：巨型框架　切入點：振動臺試驗　出處：《合肥工業(yè)大學》2015年博士論文

【摘要】：鋼筋混凝土巨型框架結構是由主框架次框架組成的結構體系。主框架是由大型結構單元如巨型梁和巨型柱組成,巨型梁通常為一至兩層層高的梁,巨型梁可以是實腹梁也可以是桁架梁；巨型柱可以是實腹柱也可以是巨型筒。巨型框架結構整體剛度大、傳力明確、能充分發(fā)揮高強混凝土的強度高性能、具有良好的經(jīng)濟性能,是一種非常有發(fā)展前途的結構形式。目前針對巨型框架結構的振動臺試驗研究較少,本文依托國家自然科學基金委課題項目“超高層巨型框架結構彈塑性地震反應與能量分析的研究”,在課題組成員的共同協(xié)作下,依據(jù)相關規(guī)范以及PKPM軟件設計了一201m高的55層鋼筋混凝土巨型框架結構。本文以此結構為原型結構完成了一巨型框架縮尺模型結構的振動臺試驗,根據(jù)試驗結果進行了詳細的試驗研究和理論分析。本文主要研究成果如下：(1)詳細介紹了相似理論的三個相似定理,并且分析了如何運用一致相似律及似量綱分析法等相似理論設計振動臺試驗縮尺模型。(2)研究了多個超高層建筑結構縮尺模型在振動臺試驗中的各工況下的頻率及剛度變化,研究結果表明振動臺試驗能反映原型結構的抗震設防水準要求。(3)為了驗證鋼筋混凝土巨型框架的抗震效果,以課題組設計的巨型框架結構為原型結構,設計了縮尺比為1/25的縮尺模型,在土木工程防災國家重點實驗室(同濟大學)進行了模型制作與振動臺試驗。同時,完成了地震動及白噪聲工況的選擇、附加質量的計算等工作。(4)基于振動臺試驗結果,研究了試驗模型在7度多遇、7度基本及7度罕遇烈度地震動作用下的動力響應、結構的破壞形式和破壞機理,同時利用振型MAC法進行了模型結構的損傷判斷,研究結果表明按相關規(guī)范設計的巨型框架結構能滿足抗震設防要求。(5)為了驗證在調諧質量阻尼器(TMD-Tuned Mass Damper)作用下巨型框架的減震效果,在縮尺模型頂部安裝了一個TMD裝置,根據(jù)試驗結果對比了減震下與非減震下的結構性能,對比結果表明TMD減震效果較為明顯。(6)分析了不同頻率段的地震動對結構位移反應的影響,理論及試驗研究表明,El Centro、Chi Chi及汶川地震動作用下模型結構頂層位移主要是由結構第一頻率的1/2-2倍頻率范圍內(nèi)的地震動信號引起的。(7)基于試驗數(shù)據(jù)進行了巨型框架結構的模態(tài)分析,分別應用峰值法、功率譜法及復模態(tài)最小二乘法求出了模型的結構頻率、頻響函數(shù)及阻尼。同時,基于位移信號的平均正則化功率譜密度的峰值,可較為準確地判斷結構在哪個工況下發(fā)生嚴重的損傷。(8)應用ABAQUS軟件對縮尺模型進行數(shù)值模擬研究,軟件與試驗結果的對比研究表明：數(shù)值模擬對振動臺試驗縮尺模型的適用性；同時數(shù)值模擬也表明了TMD對鋼筋混凝土巨型框架結構的減震效果較好。
[Abstract]:Reinforced concrete mega-frame structure is a structure system composed of main frame and sub-frame.The main frame is composed of large structural elements such as giant beam and giant column. Giant beam is usually a beam with one or two layers of height, giant beam can be a full web beam or a truss beam, and a giant column can be a solid column or a giant tube.The mega-frame structure has the advantages of large stiffness, clear transmission of force, high strength and high performance of high-strength concrete, and good economic performance. It is a very promising structural form.At present, there is little research on shaking table test of mega-frame structures. This paper relies on the project of the National Natural Science Foundation of China, "the study of Elastoplastic Seismic response and Energy Analysis of Super-tall Mega-frame structures".A 201m high 55 story reinforced concrete mega frame structure is designed according to the related codes and PKPM software.In this paper, a shaking table test of a mega frame scale model structure is completed with this structure as the prototype, and the detailed experimental research and theoretical analysis are carried out according to the experimental results.The main research results of this paper are as follows: (1) the three similarity theorems of similarity theory are introduced in detail.And how to design the scale model of shaking table test by using the similarity theory such as uniform similarity law and similar dimensional analysis method is analyzed. The frequency and stiffness changes of several super tall building structure scale models under various working conditions of shaking table test are studied.The results show that the shaking table test can reflect the requirements of seismic fortification level of the prototype structure. In order to verify the seismic effect of the reinforced concrete mega-frame, the mega-frame structure designed by the research group is taken as the prototype structure.A scale model with a scale ratio of 1 / 25 is designed. The model making and shaking table test are carried out in the State key Laboratory of Civil Engineering disaster Prevention (Tongji University).At the same time, the damage of the model structure is judged by the mode MAC method.The results show that the mega frame structure designed according to the relevant codes can meet the requirements of seismic fortification. In order to verify the shock absorption effect of the mega-frame under the action of tuned mass damper (TMD-Tuned Mass damper), a TMD device is installed on the top of the scale model.According to the experimental results, the structural performance under shock absorption and non-shock absorption is compared. The results show that the effect of TMD on the displacement response of the structure is obvious. (6) the influence of ground motion at different frequencies on the displacement response of the structure is analyzed.The theoretical and experimental studies show that the top floor displacement of the model structure under the action of El Centro Chi Chi and Wenchuan earthquake is mainly caused by the ground motion signal in the frequency range of 1 / 2 to 2 times of the first frequency of the structure.Modal analysis of structures,The structure frequency, frequency response function and damping of the model are obtained by using the peak value method, the power spectrum method and the complex mode least square method, respectively.At the same time, based on the peak value of the average regularized power spectral density of the displacement signal, the structure can be accurately determined under which condition the serious damage occurs. The numerical simulation of the scale model is carried out by using ABAQUS software.The comparison between the software and the test results shows that the numerical simulation is applicable to the scale model of shaking table test, and the numerical simulation also shows that TMD has good seismic absorption effect on the reinforced concrete mega-frame structure.
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU973.15

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本文編號：1727979